机械原理课程设计模板

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《机械原理》课程设计报告

题目：牛头刨床设计专业：机械工程及自动化班级：10机械3学号：10130107姓名：梁贵龙指导教师：赵涛

天津理工大学中环信息学院

自动化工程系2023年6月20日

目录

工作原理2一.设计任务3二.设计数据3三.设计要求3四.设计方案选定4五.机构的运动分析5六.机构动态静力分析10七.数据总汇并绘图11八.总结11九.

工作原理

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。电动机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2－3－4－5－6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1－9－10－11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距离，见图b），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速转动，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。

(a)

(b)

课程设计二牛头刨床刨刀的往复运动机构

一.设计任务

1、运动方案设计。

2、确定执行机构的运动尺寸。3、进行导杆机构的运动分析。4、对导杆机构进行动态静力分析。

5、汇总数据画出刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。

二.设计数据

本组选择第Ⅲ组数据

表1

三.设计要求

要求：按表1-2所分派确定1～2个位置的各运动副中反作用力及曲柄上所需平衡力矩。以上内容作在运动分析的同一张图纸上（见图例1）。

表1-2机构位置分派图

1、运动方案设计

根据牛头刨床的工作原理，拟定1～2个其他形式的执行机构（连杆机构），给出机构简图并简单介绍其传动特点。2、确定执行机构的运动尺寸

根据表一对应组的数据，用图解法设计连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。注意：为使整个过程最大压力角最小，刨头导路应位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上(见图d)。3、进行导杆机构的运动分析

根据表一对应组的数据，每人做曲柄对应2个位置的速度和加速度分析，要求用图解法画出速度和加速度多边形，列出矢量方程，求出刨头6的速度、加速度，将过程详细地写在说明书中。

4、对导杆机构进行动态静力分析

根据表二对应组的数据，每人确定机构对应位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。作图部分与尺寸设计及运动分析画在同一张纸上（2号或3号图纸）。提醒：假使所给数据不便利作图可稍微改动数据，但各组数据应当一致，并列出改动值。5、数据总汇并绘图

最终根据汇总数据画出一份刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。

6、完成说明书

每人编写设计说明书一份。写明组号，对应曲柄的角度位置。

四.设计方案选定

如图2所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的5杆机构。采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角r始终为90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定刨头的导路位置，可以使图2压力角尽量小。

五.机构的运动分析

1、导杆机构的运动分析（见图例1）

思路：

已知曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作的圆弧高的平分线上。

要求做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸上。

曲柄位置图的作法为取1和8为工作行程起点和终点对应的曲柄位置，1和为切削起点和终点所对应的位置，其余2，3…12等，是由位置1起顺2方向将曲柄圆周作12等分的位置。

步骤：

1）设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上（见图例1）。

2）作机构运动简图。选取比例尺l按表4－2所分派的两个曲柄位置作出机构的运动简图，其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图4－2；取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1’和8’两位置。共计14个机构位置。

3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺v=0.0168（（a=0.0168

m/s

）和加速度比例尺mm

m/s2mm

），用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，

并将起结果列入表。

4)作滑块的运动线图。根据机构的各个位置，找出滑块6上C点的各对应位置，以位置1为起始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺=0.0109（

m

），作sc（t）mm

线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移。然后根据sc（t）线图用图解微风法（弦线法）作出滑块的速度vc（t）线图，并将结果与其相对运动图解法的结果比较。5）绘制滑块的加速度线图（见图1）

4点速度分析

1).选取长度比例尺l，作出机构在位置4的运动简图。

如一号图纸所示，选取l=lO2A/O2A=0.001（m/mm)进行作图，lO2A表示构件的实际长度，O2A表示构件在图样上的尺寸。作图时，必需注意l的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、确凿、明白的表达，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。

2.)求原动件上运动副中心A的vA2和aA

ω2=(2*π*72/60)=1.05rad/s

vA2=ω2lO2A=(2*π*72/60)*65＝0.829m/s

式中vA2——A点速度（m/s）方向丄AO2

aA=ω22lO2A=6.247m/s2

式中aA——A点加速度（m/s2）,方向A→O2

3.)解待求点的速度及其相关构件的角速度

由原动件出发向远离原动件方向依次取各构件为分开体，利用绝对运动与牵连运动和相对运动关系矢量方程式，作图求解。

（1）列出OB杆A点的速度矢量方程，根据平面运动的构件两点间速度的关系

绝对速度=牵连速度+相对速度

先列出构件２、４上瞬时重合点Ａ（Ａ2，Ａ4）的方程，未知数为两个，其速度方程：

vA2＝ＶA4+vA4A2

方向：丄AO2丄ＡＯ4∥ＡＯ4大小：ω1lO2A？？

（２）定出速度比例尺在图纸中，取p为速度极点，取矢量pa代表vA2,则速度比例尺v（ms1/mm）

v=

vA2pa

=0.0025ms1/mm

pa=325mm

（３）作速度多边形，求出ω2根据矢量方程式作出速度多边形的pb部分，则vA(m/s)

4

为

vA=vpb=0.829m/s

4

vA4A2=vba=0.23m/sω2=vA4/lAO4=1.05rad/s

其转向为顺时针方向。

ＶB4=ω4lBO=1.940m/s

4

B点速度为ＶB4，方向与vA同向.

4

（４）列出C点速度矢量方程，作图求解VC6、VC6B4

VC6=ＶB4+VC6B4

方向：水平丄BＯ4丄BC大小：？ω4lbO4？通过作图，确定Ｃ点速度为

VC6B4=vcd=0.21m/sVC6＝vpd=1.940m/s

式中VC6B4——Ｃ5点速度，方向丄BC式中VC6——Ｃ点速度，方向为p→d。４．解待求点的加速度及其相关构件的角加速度

（１）列出A点加速度矢量方程式牵连速度为移动时

绝对加速度＝牵连加速度＋相对加速度

牵连运动为转动时，（由于牵连运动与相对运动相互影响）

绝对加速度＝牵连加速度＋相对加速度＋哥氏加速度

要求B点加速度，得先求出A点加速度

aA=ano2+ao2=anA+aA+ar+ak

方向：？∥AO2丄AO2∥ＡＢ丄ＡＢ∥ＡＢ丄ＡＢ大小：？ω22lAO20ω

2

4

lAO4？?2ω4vA4A2

(2)定出加速度比例尺在一号图纸中取p为加速度极点，去矢量pa’代表anA，取加速度比例尺a=0.01（ms/mm）

anA=ω

2

2

4

lAO4=1.5*1.5*537=1.969m/s2

anA

=0.087m/s2/mmp'a'

p'a'=6mm

a=

ano2=ω22lAO2=6.25m/s2a哥=2ω4vA4A2=1.131m/s2

(3)作加速度多边形，求出aA、aA、aB根据矢量方程图的p’a’d’c’b’部分，则

aA=a*a’d’=2.2m/s2aA’=a*b’c’=6.0m/s2

aA=ap’d’=6.247m/s2方向为水平向右下34

α=a

A

/lAO=2.3rad/s

4

2

aB=aAlBO/lAO==6.0m/s2

4

4

anB=ω

2

4

lBO=7.0m/s2

4

(4)列出C点加速度矢量方程，作图求解ac、anCB、aCB

ac=anCB+aCB+anB+aB

方向：水平∥BC丄BC∥AB丄AB大小：？VC6B42/lBC?ω由上式可得：

lBC=0.36*=325mm

2

4

lBOaAlBO/lAO

4

4

4

a

n

CBn

=VC6B4/lBC=4m/s=ω

A

22

aa

B

B4

2

lBO=7.0m/s

4

2

=alBO/lAO=6.0m/s

4

4

2

aCB=4.0/s2ac=6.1m/s2

11点数据汇总

六.机构动态静力分析

1、2点静力分析

在分析动态静力的过程中可以分为刨头，摇杆滑块，曲柄三个部分。首先说明刨头的力的分析过程：

对于刨头可以列出以下力的平衡方程式：

∈F=0P+G6+Fi6+R56+R16=0方向：∥x轴∥y轴与a6反向∥BC∥y轴大小：8000620-m6a6??以作图法求得:

取g=10m/s,则m6=62kg,

Fi6=-m6a6=62*5.9=365.8N(沿x轴水平向左)

位置2R56=7800N位置2R16=930N(沿y轴向上)

2

七.数据总汇并绘图

选取位移速度加速度比例尺分别为5mm/mm;10mm/s/mm;100mm/s^2/mm,绘制图形。

八.总结经过紧张而又幸苦的四周的课程设计终止了，看着自己的设计，既高兴又担忧，

高兴的是自己的设计终究终止了，担忧的是自己的设计还有好多的不足。